Ohne Metalle keine Autos

Man hofft, irgendwann einmal wertvolle Metalle aus vulkanisch entstandenen Erzknollen zu gewinnen, die man aus der Tiefsee fischt
(Fotos: Blume)

Experimente:
Versuch: Gewinnung von Kupfer durch Zementation
Versuch: Elektrolytische Raffination von Kupfer
Versuch: Vergleich von metallischen und nichtmetallischen Festkörpern
Versuch: Rösten von sulfidischen Erzen
Versuch: Reduktion von Metalloxiden mit Kohle
Versuch: CO reduziert Eisenoxid
Versuch: Reduktion von Kupferoxid mit Wasserstoff
Versuch: Aluminothermisches Verfahren
Versuch: Schmelzflusselektrolyse von Bleichlorid
Versuch: Reduktion von Metalloxiden mit Kunststoff


Metalle
sind aus der Technologie unserer Kraftfahrzeuge nicht wegzudenken. Sie allein sind bislang nennenswert in der Lage, hohe Temperaturen im Verbrennungsraum zu ertragen, starke Reibungsbeanspruchung beim Fahren zu mindern sowie starke Schwingungen aufzufangen und abzufedern. Die positiven Eigenschaften lassen sich durch Legierungsbildung nahezu unbegrenzt ausweiten. Zu den mechanischen Vorteilen kommen noch chemische Eigenschaften, die sie für elektrochemische Zwecke und für den Korrosionsschutz interessant machen.
Metalle spielen aber auch eine wichtige Rolle bei der Kfz-Herstellung und der Wartung. Ohne Hochleistungsstähle könnte man z. B. nicht schmieden, pressen oder fräsen.
Ihre Härte und Scharfkantigkeit macht aber Verkehrsunfälle oftmals so schrecklich.


Die 6 typischen Stoffeigenschaften der Metalle (-> Versuch):


(Auch wenn es immer angenommen wird: Eine hohe Dichte ist keine typische Stoffeigenschaft der Metalle!)

Wichtigste Metalle für den Autobau


Dazu kommen noch verschiedenste Legierungen, zu denen auch der Stahl gehört.


Gewinnung der Metalle
Metalle findet man in der Natur als Verbindungen vor. Die schwereren Verbindungen nennt man Erze. Hierin liegen die Metalle meistens an Schwefel oder Sauerstoff sowie als Carbonate gebunden vor.
Metalle werden durch Reduktion aus ihren Verbindungen hergestellt. Sulfide werden zuvor in die Oxide überführt (-> Versuch).
Reduktionsmittel sind


Wichtig ist auch das reduktive Ausfällen von Metallen aus ihren Salzlösungen mit Eisenschrott, das "Zementieren" (-> Versuch).
Aus Schmelzen ihrer Verbindungen werden vor allem unedle Metalle durch Schmelzflusselektrolyse gewonnen (-> Versuch). Hierzu gehören Aluminium, die Alkali- und die Erdalkalimetalle. Der elektrische Strom ist nun einmal das billigste und stärkste Reduktionsmittel.


Metallraffination
Die durch reduktive Primärverfahren erhaltenen Metalle sind nicht rein. Sie müssen gereinigt werden. Das ist die Aufgabe der Raffinationsverfahren. Einige Beispiele:
Metalle kann man z. B. destillieren. Man kann sie aber auch anodisch auflösen und kathodisch wesentlich reiner erneut abscheiden (-> Versuch).
Weitere gerade für High-Tech-Metalle wie W, Ti oder Mo (aber auch für Si) wichtige Verfahren sind Zonenschmelzverfahren, Aufwachsverfahren und Elektromigration.


Metalle können auch im Autobau teilweise substituiert werden
Heute geht man mehr denn je dazu über, wie schon im Flugzeugbau auch im Autobau Metalle durch andere Stoffe zu ersetzen. Denn störend ist z. B. ihr scharfer Schmelzpunkt und die Korrosionsanfälligkeit. Außerdem sind Metalle langfristig aufgrund der Sprödigkeit von unfallträchtigem Bruch bedroht.
Ersatzstoffe sind vor allem Hochleistungskeramiken und Hochleistungskunststoffe (hier vor allem Verbundstoffe).
Nachdem man auch elektrisch leitende Kunststoffe entwickelt hat, werden auch in Batterien und Akkus Metalle nach und nach überflüssig. Diese Entwicklung ist wegen der in vielen Batterien enthaltenen giftigen Schwermetalle nur begrüßenswert.


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Letzte Überarbeitung: 10. Februar 2012, Dagmar Wiechoczek